Pierwsza wskazówka pojawiła się w 1905 roku, kiedy Einstein opracował teorię szczególnej względności. Od tego czasu fizycy ustalili, że przynajmniej teoretycznie mogą istnieć inne wymiary poza naszymi trzema zwykłymi (długość, szerokość i wysokość). Ogólnie rzecz biorąc, gdy mówimy o czwartym wymiarze, mamy na myśli czasoprzestrzeń, ale najnowsze badania w tej dziedzinie zgłębiają coś innego.
Czym jest i gdzie znajduje się czwarty wymiar
Nasz mózg, ostrzegają naukowcy, może być niezdolny do postrzegania tego wymiaru (i ewentualnie innych jeszcze). Matematycznie możemy go opisać, ale możemy nigdy nie doświadczyć go w świecie fizycznym.
Dwa zespoły badawcze oddzielnie, jeden w Stanach Zjednoczonych i jeden w Europie, przeprowadziły dwa eksperymenty (różniące się tylko w praktyce, ale koncepcyjnie takie same), szukając matematycznych dowodów na istnienie tego wymiaru.
Eksperymenty opierają się na efekcie Halla: mamy przewodnik elektryczny, na przykład arkusz metalu lub drut, przez który przepływa prąd elektryczny. Elektrony poruszają się w jednym kierunku. Jeśli umieścimy pole magnetyczne prostopadłe do przepływu, elektrony zostają odchylone.
Jeśli materiał jest w bardzo niskich temperaturach, bliskich zeru absolutnemu, interakcja między prądem a polem magnetycznym tworzy różnicę potencjałów, która zmienia się w sposób dyskretny (czyli skacząc z jednej wartości na drugą) zamiast w sposób ciągły. Z matematycznego punktu widzenia, pomiar tych zmian napięcia powinien być możliwy w dodatkowym wymiarze przestrzennym, czwartym, niedostępnym dla eksperymentatorów.
Zespoły badawcze użyły ultrazimnych atomów i skrzyżowanych wiązek laserowych, co pozwoliło im „zobaczyć” konsekwencje kwantowego efektu Halla w czwartym wymiarze przestrzennym. A dokładniej, mówiąc precyzyjniej: dwa eksperymenty pokazały, jakie byłyby mierzalne efekty kwantowego efektu Halla, gdyby miały miejsce w czterowymiarowym świecie.
„Ostateczny wynik eksperymentu”, wyjaśniają z europejskiego zespołu, „to symulacja systemu, który porusza się w czwartym wymiarze przestrzennym. To tak, jakbyśmy wirtualnie przekształcili system dwuwymiarowy w system czterowymiarowy”.
Eksperymenty ostatecznie matematycznie wykazały, że istnieje czwarty wymiar, nawet jeśli nie jest widoczny w naszym świecie.
Na koniec polecamy ten film z Carlem Saganem, który wyjaśnia czwarty wymiar w naprawdę „prosty” sposób:
